CN101269941A - 一种防腐蚀混凝土及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防腐蚀混凝土，其特征在于：制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为：(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂∶MS－601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.52～0.72∶0.007～0.012∶0.014～0.016∶2.1～3.6∶2.5～4.4，基于所述的硅酸盐水泥与粉煤灰，所述的硅酸盐水泥与粉煤灰质量比为1∶0.25～0.43，所述细骨料为粒度0.15～4.75mm的砂子，所述粗骨料为粒度4.75～19.00mm的碎石。本发明提供的防腐蚀混凝土具有较高的密实度和防腐蚀性能，混凝土的使用寿命达50y。

Description

一种防腐蚀混凝土及施工方法
(一)技术领域
本发明涉及一种防腐蚀混凝土及施工方法。
(二)背景技术
对于海工建筑、海砂建筑和盐碱地区建筑，海砂或周围环境中的氯化物对混凝土中的钢筋产生很强的腐蚀作用，降低混凝土碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，引发钢筋锈蚀和膨胀，进一步导致混凝土保护层开裂和剥落，结构使用功能和力学性能不断劣化。国内外统计表明，由于钢筋锈蚀造成的经济损失十分巨大，美国1975年由于腐蚀引起的经济损失达700亿美元，1985年则达到了1680亿美元，我国也存在着类似的腐蚀危害，1986年国家统计局和建设部普查发现，固定资产超过5000亿元的城镇房屋建筑面积46.76×108m2和工业厂房面积5×108m2中约有23×108m2建筑物由于钢筋锈蚀造成损坏，其中半数以上需要加固维修之后才能正常使用。为此，国内外专家提出种种措施提高混凝土结构的防腐能力，其中在混凝土中添加阻锈剂就是一种经济实用、施工简便的有效措施。
阻锈剂的研究与应用已经经历了很长的时期，日本为了开发利用海砂，于1973年在冲绳岛发电站建设过程中大量使用了阻锈剂，并于1982年制订了《钢筋混凝土用防锈剂》工业标准。原苏联也是很早使用阻锈剂的国家之一，于1985年出版了《混凝土中钢筋阻锈剂》专著，并在国标《建筑防腐蚀设计规范》中纳入阻锈剂的内容。美国于20世纪70年代开始研究、开发和使用阻锈剂，并在最近20年间得到迅速发展。美国混凝土学会肯定了阻锈剂的效果，确认其是长期有效的防钢筋锈蚀措施，1992年颁布《钢筋混凝土桥梁的防腐蚀手册》，1999年成立了钢筋阻锈剂联合会。我国研制和开发阻锈剂起步较早，20世纪60年代利用亚硝酸盐作为阻锈剂的主要成分，试用于混凝土中，取得一定的经验。
20世纪80年代冶金建筑研究总院成功研制成复合型阻锈剂，并于1985年起在山东三山岛金矿大量使用了阻锈剂。目前，阻锈剂按化学成分可分为无机、有机和复合型三类。无机阻锈剂主要包括亚硝酸盐、硝酸盐类、铬酸盐、重铬酸盐类、磷酸盐、多磷酸盐类、硅酸盐类、钼酸盐类。其中亚硝酸盐类是应用最早的阻锈剂，通过与金属发生反应，使钢筋表面被氧化生成一层致密的保护层。但是随后发现它对混凝土的凝结时间、早期强度和后期强度都有不同程度的负面影响。
美国Grace公司20世纪70年代发现亚硝酸钙盐具有较好的阻锈能力，而且对混凝土没有明显的负面影响和碱集料反应的能力，所以亚硝酸钙盐作为掺入型阻锈剂在工程中得到大量使用。但是，亚硝酸钙盐作为表面渗透的阻锈剂使用时，对较低氯离子浓度的混凝土中轻微腐蚀的钢筋具有一定的阻锈作用，对具有高氯离子浓度的混凝土中的钢筋阻锈作用不明显。有机阻锈剂通常有胺类、醛类、炔醇类、有机磷化合物、有机硫化合物、羧酸及其盐类、磺酸及其盐类和杂环化合物，其优点是无毒、环境安全好，能够在混凝土中分散，既能对钢筋腐蚀阴极电化学起抑制作用，又能对阳极腐蚀电化学起抑制作用，在各种氯离子浓度下能对钢筋混凝土提供保护。有机阻锈剂还可以通过混凝土中的孔隙扩散到达钢筋表面，形成有效保护膜，因此，不仅能够掺入到混凝土的原料中使用，也可以直接涂覆在混凝土表面。为增强钢筋阻锈剂的作用效果，同时满足混凝土的结构性能，人们通过研究发现许多含有氧化钙、柠檬酸盐、锡酸盐的复合型阻锈剂，不仅能显著降低混凝土中钢筋的腐蚀速率，而且能提高混凝土的抗压强度。
近年来，中国建筑科学研究院研制成功的MS-601就属于一种液态有机复合型阻锈剂，它不含亚硝酸盐，绿色环保，不仅能有效地防止钢筋由于氯离子侵入而锈蚀，而且也能提高混凝土的抗压强度和渗透性。但是，应该指出的是，单靠阻锈剂不能解决一切问题，还要结合其它措施。实验表明，混凝土越密实，掺用阻锈剂后的效果越好，可使得混凝土结构达到设计年限的要求。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种掺用阻锈剂后的效果好的防腐蚀混凝土及施工方法。
本发明采用的技术方案是：
一种防腐蚀混凝土，其特征在于：制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为：(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂∶MS-601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.52～0.72∶0.007～0.012∶0.014～0.016∶2.1～3.6∶2.5～4.4，基于所述的硅酸盐水泥与粉煤灰，所述的硅酸盐水泥与粉煤灰质量比为1∶0.25～0.43，所述细骨料为粒度0.15～4.75mm的砂子，所述粗骨料为粒度4.75～19.00mm的碎石。
优选的，所述减水剂为SN-II。
优选的，制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为：(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂SN-II∶MS-601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.56～0.62∶0.007～0.011∶0.014～0.015∶2.7～2.9∶3.3～3.5。
优选的，所述细骨料和粗骨料采用Fuller骨料级配曲线(即最大密度曲线)进行配料。最大密度曲线理论是通过大量试验提出一种理想曲线。Fuller和他的同事研究认为：骨料颗粒按直径大小，有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最大、空隙最小的混凝土。初期研究理想曲线是：细骨料以下的颗粒级配为椭圆型曲线，粗骨料为与椭圆相切的直线，由这两部分组成的级配曲线，可能达到最大的密度。这种曲线计算比较繁杂，后来经过许多研究改进，提出简化的“抛物线最大密度理想曲线”。该理论认为：“混凝土的骨料级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大”。1907年Fuller和Thompson通过试验对比提出各级骨料直径的通过率与最大骨料直径之间的关系为：
Pi＝100(di/Dm)0.5
式中：di——各级骨料直径
      Pi——各级骨料直径的通过率；
      Dm——最大骨料直径；
近年来，郑建军等人进一步考虑最小骨料直径D0的影响，对Fuller曲线进行修正，提出了各级骨料直径的通过率与最小骨料直径D0和最大骨料直径Dm之间的定量关系Pi＝100[(di)0.5-(D0)0.5]/[(Dm)0.5-(D0)0.5]，目前，该公式已经得到国内外学术界的认可，已经在混凝土配合比设计中得到广泛的应用。
本发明还涉及一种防腐蚀混凝土的施工方法，制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为：(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂∶MS-601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.52～0.72∶0.007～0.012∶0.014～0.016∶2.1～3.6∶2.5～4.4，所述方法如下：
(1)搅拌机中加入配方量的粗细骨料，加入适量水、搅拌30～60s使骨料吸水至饱和；
(2)加入配方量的粉煤灰，搅拌30～60s；
(3)加入配方量的硅酸盐水泥，搅拌30～60s；
(4)加入减水剂、MS-601阻锈剂和余量的水(此处为净用水量，为总用水量减去粗细骨料所吸收水量后的用水量，约为(硅酸盐水泥+粉煤灰)质量的0.4～0.5倍)，搅拌60～120s，得所述防腐蚀混凝土。
优选的，制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为∶(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂SN-II∶MS-601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.56～0.62∶0.007～0.011∶0.014～0.015∶2.7～2.9∶3.3～3.5。
本发明采用低水灰比和Fuller级配骨料，提高骨料体积率，减小水泥用量和水泥石体积率，再加入一定量的粉煤灰，吸收水泥水化过程中在骨料表面富集的氢氧化钙，有效减小骨料与水泥石之间的界面过渡区，提高混凝土密实度。
本发明旨在提供一种掺用MS-601阻锈剂的防腐蚀混凝土，其特征在于将掺用MS-601阻锈剂和提高混凝土自身的密实度相结合。通过在混凝土中掺入一定量的MS-601阻锈剂，吸附于钢筋表面形成一层分子化学保护膜，抑制钢筋的阴极和阳极腐蚀，有效地防止钢筋由于氯离子侵入引起锈蚀。在混凝土配合比设计方面，采用低水灰比和Fuller级配骨料，减小水泥石孔隙率，并加入一定量的粉煤灰，吸收水泥水化过程中在骨料表面富集的氢氧化钙，减小骨料与水泥石之间的界面厚度，提高混凝土的密实度，抵抗氯离子侵入。
本发明提供的防腐蚀混凝土具有较高的密实度和防腐蚀性能，混凝土的使用寿命达50y。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
混凝土质量配合比：(75％水泥+25％粉煤灰)∶水(净用水量，下同)∶SN-II∶MS-601∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.40∶0.01∶0.015∶3.02∶3.67水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥(建德新利顺建材有限责任公司)4.63kg
水：自来水                                    2.47kg+1.10kg
粗骨料：天然碎石，吸水率3.64％，级配4.75～9.50mm的骨料9.38kg，级配9.05～16.00mm的骨料9.54kg，级配16.00～19.00mm的骨料3.73kg
细骨料：天然砂子，吸水率1.48％，级配0.15～0.30mm的砂子1.68kg，级配0.30～0.60mm的砂子2.36kg，级配0.60～1.18mm的砂子3.24kg，级配1.18～2.36mm的砂子4.68kg，级配2.36～4.75mm的砂子6.68kg
粉煤灰：II级粉煤灰(广州他城建筑材料有限公司，下同)1.54kg
减水剂：SN-II(浙江省长兴县耐火陶瓷原料公司，下同)0.062kg
阻锈剂：MS-601(建研建材有限公司，下同)         0.093kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入1.10kg自来水搅拌50s——加入1.54kg粉煤灰60s——加入4.63kg水泥搅拌60s——将0.062kg减水剂、0.093kg阻锈剂和2.47kg水拌匀后再加入继续搅拌120s。
上述配合比中加入的2.47kg自来水为净用水量，1.10kg自来水为按粗细骨料吸水率计算的骨料吸水量，其它实施例中与此相同。
效果：根据美国对混凝土防护年限工业试验的结论，本实施例所得防腐混凝土的使用寿命达50y。
实施例2：
混凝土质量配合比：(70％水泥+30％粉煤灰)∶水∶SN-II∶MS-601∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.50∶0.007∶0.014∶3.09∶3.75；
水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥                   4.11kg
水：自来水                                     2.94kg+1.07kg
粗骨料：天然碎石，吸水率3.64％，级配4.75～9.50mm的骨料9.14kg，级配9.05～16.00mm的骨料9.29kg，级配16.00～19.00mm的骨料3.63kg
细骨料：天然砂子，吸水率1.48％，级配0.15～0.30mm的砂子1.62kg，级配0.30～0.60mm的砂子2.30kg，级配0.60～1.18mm的砂子3.15kg，级配1.18～2.36mm的砂子4.55kg，级配2.36～4.75mm的砂子6.51kg
粉煤灰：II级粉煤灰                             1.76kg
减水剂：SN-II                                  0.041kg
阻锈剂：MS-601                                 0.082kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入1.07kg自来水搅拌40s——加入1.76kg粉煤灰40s——加入4.11kg水泥搅拌40s——将0.041kg减水剂、0.082kg阻锈剂和2.94kg水拌匀后再加入继续搅拌70s。
效果：根据美国对混凝土防护年限工业试验的结论，本实施例所得防腐混凝土的使用寿命达50y。
实施例3：
混凝土配合比：(75％水泥+25％粉煤灰)∶水∶SN-II∶MS-601∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.45∶0.011∶0.015∶3.05∶3.70；
水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥                  4.52kg
水：自来水                                 2.71kg+1.09kg
粗骨料：天然碎石，吸水率3.64％，级配4.75～9.50mm的骨料9.26kg，级配9.05～16.00mm的骨料9.41kg，级配16.00～19.00mm的骨料3.68kg
细骨料：天然砂子，吸水率1.48％，级配0.15～0.30mm的砂子1.65kg，级配0.30～0.60mm的砂子2.33kg，级配0.60～1.18mm的砂子3.20kg，级配1.18～2.36mm的砂子4.62kg，级配2.36～4.75mm的砂子6.60kg
粉煤灰：II级粉煤灰                             1.51kg
减水剂：SN-II                                  0.068kg
阻锈剂：MS-601                                 0.090kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入1.09kg自来水搅拌40s——加入1.51kg粉煤灰40s——加入4.52kg水泥搅拌40s——将0.068kg减水剂、0.082kg阻锈剂和2.71kg水拌匀后再加入继续搅拌70s。
效果：根据美国对混凝土防护年限工业试验的结论，本实施例所得防腐混凝土的使用寿命达50y。

Claims (5)

1.一种防腐蚀混凝土，其特征在于：制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为：(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂∶MS-601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.52～0.72∶0.007～0.012∶0.014～0.016∶2.1～3.6∶2.5～4.4，基于所述的硅酸盐水泥与粉煤灰，所述的硅酸盐水泥与粉煤灰质量比为1∶0.25～0.43，所述细骨料为粒度0.15～4.75mm的砂子，所述粗骨料为粒度4.75～19.00mm的碎石。
2.如权利要求1所述的防腐蚀混凝土，其特征在于所述减水剂为SN-II。
3.如权利要求1所述的防腐蚀混凝土，其特征在于：制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为：(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂SN-II∶MS-601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.56～0.62∶0.007～0.011∶0.014～0.015∶2.7～2.9∶3.3～3.5。
4.一种如权利要求1所述的防腐蚀混凝土的施工方法，其特征在于：制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为：(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂∶MS-601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.52～0.72∶0.007～0.012∶0.014～0.016∶2.1～3.6∶2.5～4.4，所述方法如下：
(1)搅拌机中加入配方量的粗细骨料，加入适量水、搅拌30～60s使骨料吸水至饱和；
(2)加入配方量的粉煤灰，搅拌30～60s；
(3)加入配方量的硅酸盐水泥，搅拌30～60s；
(4)加入减水剂、MS-601阻锈剂和余量的水，搅拌60～120s，得所述防腐蚀混凝土。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：制备所述防腐蚀混凝土的原料质量为：(硅酸盐水泥+粉煤灰)∶水∶减水剂SN-II∶MS-601阻锈剂∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.56～0.62∶0.007～0.011∶0.014～0.015∶2.7～2.9∶3.3～3.5。
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